WO2016015250A1 - 信道的码率分配方法、系统及远程图像传输系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种信道的码率分配方法、系统及远程图像传输系统，该方法包括：根据经信源编码产生的数据分组以及信道编码码率集合构建一个有向无环图，形成通过生成算子延续的多个候选码率分配策略的第一集合；根据嵌入式信源编码的率失真函数以及信道编码码率集合中各信道编码的抗误码能力，通过启发式搜索算法，从候选码率分配策略的第一集合中获得信源编码码流的信道的最优码率分配策略；根据最优路径码率分配策略，对信源编码码流进行信道的码率分配。通过上述方式，本发明能够在计算复杂度较低的情况下提高图像的传输质量。

Description

信道的码率分配方法、 系统及远程图像传输系统

【技术领域】

本发明涉及通信技术领域， 特别是涉及一种信道的码率分配方法、 系统及 远程图像传输系统。

【背景技术】

图像传输系统与一般的通信系统一样， 也是将信源图像经信源编码和信道 编码后， 再经调制进行传输的。

在带宽受限的图像传输系统中，传输总编码速率 R_r要满足关系： R_TH

R是信源编码码率， R_e是信道编码码率； 固定传输总编码速率 R_r的值， 通过调 整 R来定性的考察重构图像的失真 D。 为了找到一个最佳的信道编码码率分配 策略以使得接收端的重构图像失真 D最小， 可以将这一技术难题抽象为求解以 下公式（1 ) 的最小化问题：

R"≤B

其中， π表示信道编码码率分配策略； S为图像传输系统传输带宽限制下的最高 传输速率； R 为釆用信道编码码率分配策略 π时图像传输系统的传输速率； Ν 为图像传输系统传输时的信源编码码流分组的个数； D{i)图像译码器将前 i个分 组译码后所得重构图像的失真； (ζ·，;τ)为前 个分组能正确译码， 而第 +1个分 组不能正确译码的概率。 若令; ^，； r)为使用传输策略 π , 在第 个数据分组译码 时会发生错误的概率， 则 (ζ·，;τ)可由下公式计算： ρ(1,π) I - 1

q{i,n) - Yl fi - p(j^))p(i +

7=1 ) 1≤ ≤N— 1 ( 1 ) i = N 对于公式（2 )的求解， Chande等人最早将基于失真最优码率分配的约束优化问 题公式转化为动态编程问题；随后 Banister等人提出一个基于维特比算法的次优 分配解； Hamzaoui等人在计算率最优解的基础上， 结合带传输图像的率失真函 数， 通过局部搜索 （Local Search, LS )算法查找出基于失真最优码率分配的次 优解。

上述基于失真最优的码率分配算法在求解最优码率分配方案时， 由于其过 高的计算复杂度， 使得其在大数据量及对实时性要求较高的场合无法使用； 而 上述各种计算次优解的快速算法虽然具有较低的算法复杂度， 然而其性能却仍 不能满足高质量图像传输的需求， 综上， 现有技术中的各种码率分配算法在计 算复杂度和图像重构质量上存在矛盾。

【发明内容】

本发明主要解决的技术问题是提供一种信道的码率分配方法及系统， 能够 在计算复杂度较低的情况下保证传输图像的重构质量。

为解决上述技术问题， 本发明釆用的一个技术方案是： 提供一种信道的码 率分配方法， 所述方法用于信源信道联合编码的传输系统， 其中信源编码为嵌 入式信源编码， 所述方法包括： 根据经信源编码产生的数据分组以及信道编码 码率集合构建一个有向无环图， 其中所述有向无环图包括初始节点以及由生成 算子构建而成的多层后续节点， 所述生成算子以所述信道编码码率集合中的信 道编码码率作为连接所述初始节点与相邻层中的所述后续节点或者不同相邻层 中的所述后续节点的连接弧， 进而形成通过所述生成算子延续的多个候选码率 分配策略的第一集合； 根据嵌入式信源编码的率失真函数以及所述信道编码码 率集合中各信道编码的抗误码能力， 通过启发式搜索算法， 从所述候选码率分 配策略的第一集合中获得信源编码码流的信道的最优码率分配策略； 根据所述 最优路径码率分配策略， 对所述信源编码码流进行信道的码率分配。

其中， 所述启发式搜索算法是 A星算法。 其中， 所述 A星算法的评价函数/满足条件： |^{0≤ (7r )≤ (7r)} , 所述 π是

(^) = (7r) > 0

指从所述有向无环图的初始节点 s到某一节点 n之间的完全路径码率分配策略， 所述 g (； r)为釆用所述 π分配信道编码码率时重建图像失真的数学期望， 所述; r' 为所述 π的一个子路径码率分配策略，所述完全路径是指由所述节点 η生成的后 续节点可用的传输速率为零的路径。

k+M

其中， 所述 A星算法的评价函数/为： /(π') = ^ £>( ) 0) , 其中， 所述:^ C 是最优路径码率 其中 M为： M二 传输速

率， 为釆用码率分配策略 π'时系统的传输速率， R 为所述系统第 个数据分 组的传输速率， 为图像译码器将前 个数据分组译码后所得重构图像的失真, 为前 个数据分组能正确译码，而第 + 1个数据不能正确译码的概率， Cj为 所述有向无环图 的节点， C_jW,—, C 为所述 π'路径上的节点， ς _ι),..., ς^, ς. ,..., ς.ο为所述；^各径上的节点。

其中， 所述根据嵌入式信源编码的率失真函数以及所述信道编码码率集合 中各信道编码的抗误码能力， 通过启发式搜索算法， 从所述候选码率分配策略 的第一集合中获得信源编码码流的信道的最优码率分配策略的步骤， 包括： 初 始化存储队列， 其中， 所述存储队列包括多个数组，每一数组内包括三个元素， 且分别为所述有向无环图中的待评估路径 π,.、 基于所述率失真函数和所述评价 函数抗误码能力的评价函数对所述待评估路径的评估函数值/ 以及所述路 径最后到达的节点 判断所述存储队列是否为空， 若所述存储队列为空， 则失败退出； 若所述存储队列不为空， 则选择所述存储队列中的第一个数组， 并判断所述第一个数组中的待评估路径是否是完全路径， 所述完全路径是指由 所述节点 η生成的后续节点可用的传输速率为零的路径； 若所述第一个数组中 的路径是完全路径， 则输出所述第一个数组中的路径， 所述第一个数组中的路 径即为信源编码码流的信道的最优路径码率分配策略； 若所述第一个数组中的 路径不是完全路径， 则通过所述生成算子将所述节点《(π )进行扩展获得后续节 点， 并计算各个所述后续节点的评价函数值； 将所述评价函数值最小的节点移 动至所述存储队列的最前面， 并判断所述扩展获得的后续节点与所述存储队列 中已有的数组的节点是否有重合； 若有重合， 则删除两个所述重合节点中评价 函数值较大的数组， 并返回若所述判断存储队列是否为空， 若存储队列为空， 则失败退出的步骤。

其中， 所述判断所述存储队列是否为空的步骤之前， 包括： 对所述 Α星算 法中的存储队列设置存储阔值； 所述通过所述生成算子将所述节点"^ ^进行扩 展获得后续节点的步骤之后， 包括： 判断所述存储队列中的元素个数是否达到 所述存储阔值；若所述存储队列中的元素个数达到所述存储阔值，则结束所述 A 星算法的搜索过程； 输出所述信源编码码流的信道的局部最优路径码率分配策 略， 所述局部最优路径码率分配策略为结束所述 A星算法的搜索过程时， 所述 存储队列的第一位元素的路径。

其中， 所述通过启发式搜索算法， 从所述候选码率分配策略的第一集合中 获得信源编码码流的信道的最优码率分配策略的步骤之前， 包括： 按照当前数 据分组的节点的信道编码码率小于等于所述当前数据分组的节点的后续节点的 信道编码码率的要求， 对所述有向无环图进行剪枝， 获得所述候选码率分配策 略的第二集合， 其中， 所述候选码率分配策略的第二集合是所述候选码率分配 策略的第一集合的子集； 所述通过启发式搜索算法， 从所述候选码率分配策略 的第一集合中获得信源编码码流的信道的最优码率分配策略的步骤， 包括： 通 过启发式搜索算法， 从所述候选码率分配策略的第二集合中获得信源编码码流 的信道的最优路径码率分配策略。

其中， 所述嵌入式信源编码的率失真函数的模型是 D ^ R + a^ + b , 其中， 所述 R为信源编码速率， D为信源以速率 R编码时的失真， a、 b、 c为三个参 数。

为解决上述技术问题， 本发明釆用的另一个技术方案是： 提供一种信道的 码率分配系统， 所述系统用于信源信道联合编码的传输系统， 其中信源编码为 嵌入式信源编码， 所述系统包括： 构建模块， 用于根据经信源编码产生的数据 分组以及信道编码码率集合构建一个有向无环图， 其中所述有向无环图包括初 始节点以及由生成算子构建而成的多层后续节点， 所述生成算子以所述信道编 码码率集合中的信道编码码率作为连接所述初始节点与相邻层中的所述后续节 点或者不同相邻层中的所述后续节点的连接弧， 进而形成通过所述生成算子延 续的多个候选码率分配策略的第一集合； 分配策略获得模块， 用于根据嵌入式 信源编码的率失真函数以及所述信道编码码率集合中各信道编码的抗误码能力, 通过启发式搜索算法， 从所述候选码率分配策略的第一集合中获得信源编码码 流的信道的最优码率分配策略； 码率分配模块， 用于根据所述最优路径码率分 配策略， 对所述信源编码码流进行信道的码率分配。

其中， 所述启发式搜索算法是 A星算法。 其中， 所述 A星算法的评价函数/满足条件： |^{0≤ (7r )≤ (7r)} , 所述 π是

(^) = (7r) > 0

指从所述有向无环图的初始节点 s到某一节点 n之间的完全路径码率分配策略， 所述 g (； r)为釆用所述 π分配信道编码码率时重建图像失真的数学期望， 所述 π' 为所述 π的一个子路径码率分配策略，所述完全路径是指由所述节点 η生成的后 续节点可用的传输速率为零的路径。

k+M

其中， 所述 A星算法的评价函数/为： /(π') = £>( ) 0) , 其中， 所述;^

!•=0

= [C_j{l) , ... , C_j(k) , C_j{k+l) , ... , C_j{k+M) ] 是最优路径码率分配策略， ^ = [C.₍ ,..., C

1

其中 M为： M二 {B - RA B为所述系统在传输带宽限制下的最高传输速 率， 为釆用码率分配策略 π'时系统的传输速率， R 为所述系统第 个数据分 组的传输速率， Ζ)(_Ζ·)为图像译码器将前 个数据分组译码后所得重构图像的失真, 为前 个数据分组能正确译码，而第 + 1个数据不能正确译码的概率， Cj为 所述有向无环图 的节点， C ,〜,C 为所述 π'路径上的节点， ς _ι),...,ς^,ς. ,...,ς.ο为所述 路径上的节点。

其中， 所述分配策略获得模块包括： 初始化单元， 用于初始化存储队列， 其中， 所述存储队列包括多个数组， 每一数组内包括三个元素， 且分别为所述 有向无环图中的待评估路径 ^π'·、 基于所述率失真函数和所述评价函数抗误码能 力的评价函数对所述待评估路径的评估函数值 ^^')以及所述路径最后到达的 节点" ^^； 存储队列判断单元， 用于判断所述存储队列是否为空； 退出单元， 用于在所述存储队列为空时， 失败退出； 选择单元， 用于在所述存储队列不为 空时， 选择所述存储队列中的第一个数组； 完全路径判断单元， 用于判断所述 第一个数组中的待评估路径是否是完全路径， 所述完全路径是指由所述节点 η 生成的后续节点可用的传输速率为零的路径； 输出单元， 用于在所述第一个数 组中的路径是完全路径时， 输出所述第一个数组中的路径， 所述第一个数组中 的路径即为信源编码码流的信道的最优路径码率分配策略； 扩展单元， 用于在 所述第一个数组中的路径不是完全路径时， 通过所述生成算子将所述节点 进行扩展获得后续节点；计算单元，用于计算各个所述后续节点的评价函数值； 移动单元， 用于将所述评价函数值最小的节点移动至所述存储队列的最前面； 节点重合判断单元， 用于判断所述扩展获得的后续节点与所述存储队列中已有 的数组的节点是否有重合； 删除单元， 用于在有重合时， 删除两个所述重合节 点中评价函数值较大的数组， 并返回存储队列判断单元。

其中， 所述分配策略获得模块还包括： 设置单元， 用于所述设置单元用于 对所述 A星算法中的存储队列设置存储阔值； 存储阔值判断单元， 用于判断所 述存储队列中的元素个数是否达到所述存储阔值； 搜索过程结束单元， 用于在 所述存储队列中的元素个数达到所述存储阔值时， 结束所述 A星算法的搜索过 程； 所述输出单元还用于输出所述信源编码码流的信道的局部最优路径码率分 配策略， 所述局部最优路径码率分配策略为结束所述 A星算法的搜索过程时， 所述存储队列的第一位元素的路径。

其中， 所述系统还包括： 第二集合获得模块， 用于按照当前数据分组的节 点的信道编码码率小于等于所述当前数据分组的节点的后续节点的信道编码码 率的要求， 对所述有向无环图进行剪枝， 获得所述候选码率分配策略的第二集 合， 其中， 所述候选码率分配策略的第二集合是所述候选码率分配策略的第一 集合的子集； 所述分配策略获得模块还用于通过启发式搜索算法， 从所述候选 码率分配策略的第二集合中获得信源编码码流的信道的最优路径码率分配策略。

其中， 所述嵌入式信源编码的率失真函数的模型是 D ^ R + a^ + b , 其中， 所述 R为信源编码速率， D为信源以速率 R编码时的失真， a、 b、 c为三个参 数。

为解决上述技术问题， 本发明釆用的又一个技术方案是： 提供一种远程图 像传输系统， 所述系统包括： 信源编码模块， 用于对待传输图像进行嵌入式信 源编码， 获得信源编码码流； 分组模块， 用于按照信源编码码流重要性的不同， 对信源编码码流进行分组 , 并在各组信源编码码流的末端加入校验码； 信道码 率分配模块， 用于为各组信源编码码流进行信道码率分配； 信道编码模块， 用 于按照被分配的信道码率对所述各组信源编码码流进行信道编码； 调制发送模 块， 用于将经过信道编码的信源编码码流进行调制发送； 其中， 所述信道码率 分配模块包括： 构建单元， 用于根据经信源编码产生的数据分组以及信道编码 码率集合构建一个有向无环图， 其中所述有向无环图包括初始节点以及由生成 算子构建而成的多层后续节点， 所述生成算子以所述信道编码码率集合中的信 道编码码率作为连接所述初始节点与相邻层中的所述后续节点或者不同相邻层 中的所述后续节点的连接弧， 进而形成通过所述生成算子延续的多个候选码率 分配策略的第一集合； 分配策略获得单元， 用于根据嵌入式信源编码的率失真 函数以及所述信道编码码率集合中各信道编码的抗误码能力， 通过启发式搜索 算法， 从所述候选码率分配策略的第一集合中获得信源编码码流的信道的最优 码率分配策略； 码率分配单元， 用于根据所述最优路径码率分配策略， 对所述 信源编码码流进行信道的码率分配。

为解决上述技术问题， 本发明釆用的又一个技术方案是： 提供一种信道的 码率分配装置， 所述装置包括连接在总线的存储器和处理器； 所述存储器存储 有程序， 所述处理器用于执行所述程序， 所述程序执行时包括如下步骤： 根据 经信源编码产生的数据分组以及信道编码码率集合构建一个有向无环图， 其中 所述有向无环图包括初始节点以及由生成算子构建而成的多层后续节点， 所述 生成算子以所述信道编码码率集合中的信道编码码率作为连接所述初始节点与 相邻层中的所述后续节点或者不同相邻层中的所述后续节点的连接弧， 进而形 成通过所述生成算子延续的多个候选码率分配策略的第一集合； 根据嵌入式信 源编码的率失真函数以及所述信道编码码率集合中各信道编码的抗误码能力， 通过启发式搜索算法， 从所述候选码率分配策略的第一集合中获得信源编码码 流的信道的最优码率分配策略； 根据所述最优路径码率分配策略， 对所述信源 编码码流进行信道的码率分配。

本发明的有益效果是： 区别于现有技术的情况， 本发明根据经信源编码产 生的数据分组以及信道编码码率集合构建一个有向无环图， 形成通过生成算子 延续的多个候选码率分配策略的第一集合； 根据嵌入式信源编码的率失真函数 以及信道编码码率集合中各信道编码的抗误码能力， 通过启发式搜索算法， 从 候选码率分配策略的第一集合中获得信源编码码流的信道的最优码率分配策略; 根据最优路径码率分配策略， 对信源编码码流进行信道的码率分配。 通过构建 有向无环图的方式， 能够将图像失真最小化问题转化为有向无环图中的最优路 径的搜寻问题， 从而使得待解决问题简单化， 降低了计算复杂度， 提高了计算 效率； 通过启发式搜索算法搜索最优路径， 能够保证传输图像的重构质量。

【附图说明】 图 1是本发明信道的码率分配方法一实施方式的流程示意图；

图 2是本发明信道的码率分配方法中由一个码率集、 初始节点以及生产算子 构建有向无环图的示意图；

图 3是本发明信道的码率分配方法另一实施方式的流程示意图；

图 4是本发明信道的码率分配方法中 A星算法的存储队列的结构示意图； 图 5是本发明信道的码率分配方法又一实施方式的流程示意图；

图 6是本发明信道的远程图像传输方法的流程示意图；

图 7是本发明信道的码率分配方法又一实施方式的流程示意图；

图 8是本发明信道的码率分配方法中有向无环图剪枝的示意图；

图 9是传输系统使用不同码率分配算法进行码率分配时接收端重构图像的 失真示意图；

图 10是本发明信道的码率分配系统一实施方式的结构示意图；

图 11是本发明信道的码率分配系统另一实施方式的结构示意图；

图 12是本发明信道的码率分配系统又一实施方式的结构示意图；

图 13是本发明信道的码率分配系统又一实施方式的结构示意图；

图 14是本发明远程图像传输系统一实施方式的结构示意图；

图 15是本发明信道的码率分配装置一实施方式的结构示意图。

【具体实施方式】

下面将结合本发明实施方式中的附图， 对本发明实施方式中的技术方案进 行清楚、 完整地描述，显然， 所描述的实施方式仅仅是本发明一部分实施方式， 而不是全部的实施方式。 基于本发明中的实施方式， 本领域普通技术人员在没 有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式， 均属于本发明保护的范 围。

本发明的信道的码率分配方法用于信源信道联合编码的传输系统， 信源信 道联合编码中的信源编码为嵌入式信源编码。 进一步地， 嵌入式信源编码为嵌 入式图像编码，对于嵌入式图像编码有：若图像编码器能够生成的码流长度 ?'可 构成一个正整数集合 ?' = { ,..., } , 其中 < ... < R , 且任意编码器生成长度 为 的码流是长度为 的码流的前缀， 其中 i≤ < ≤«, 则此图像编码器为嵌 入式的图像编码器， 其对应生成的码流为嵌入式图像编码码流。 率失真函数表 示嵌入式图像编码码流的失真与编码码率之间的关系， 该关系满足率失真理论。 码率即比特率， 视频、 图像中的码率是指声音、 图像由模拟信号转换为数字信 号的釆样率， 釆样率越高， 还原后的音质和图像越好， 因此图像的失真 A.会随 着图像压缩编码码率 .的增加而减少， 即信源编码码率越大， 图像失真越少。

参阅图 1 , 本发明信道的码率分配方法一实施方式的流程图， 该方法用于信 源信道联合编码的传输系统， 其中信源编码为嵌入式信源编码， 包括：

步骤 101 :根据经信源编码产生的数据分组以及信道编码码率集合构建一个 有向无环图， 其中有向无环图包括初始节点以及由生成算子构建而成的多层后 续节点， 生成算子以信道编码码率集合中的信道编码码率作为连接初始节点与 相邻层中的后续节点或者不同相邻层中的后续节点的连接弧， 进而形成通过生 成算子延续的多个候选码率分配策略的第一集合。

数字信号在传输中往往由于各种原因， 使得在传输的数据流中产生误码， 从而使接收端产生图像跳跃、 不连续、 出现马赛克等现象， 所以通过信道编码 这一环节，对码流进行相应的处理，使系统具有一定的纠错能力和抗干扰能力， 可极大地避免码流传输中误码的发生。 提高数据传输效率， 降低误码率是信道 编码的任务。 信道编码的本质是增加通信的可靠性， 但信道编码会使有用的信 息数据传输减少， 信道编码的过程是在原码流中加插一些码元， 从而达到在接 收端进行判错和纠错的目的。在带宽固定的信道中，总的传送码率也是固定的， 由于信道编码增加了数据量， 其结果只能是以降低传送有用信息码率为代价了 , 将有用比特数除以总比特数等于信道编码码率， 不同的编码方式， 其信道编码 码率有所不同。 通常来说， 对于同一类信道编码而言， 信道编码码率越高， 传 输的有用的信息比特越多， 但是系统的判错和纠错的能力越低， 信道编码码率 越低， 传输的有用的信息比特越少， 但是系统的判错和纠错的能力越高。 对于 大多数图像编码器而言， 其编码码流中不同的部分对噪声影响的敏感度是不一 样的， 若对整个信源编码码流使用同样强度的信道编码保护则会造成带宽的浪 费， 因此基于不等差错保护 （ Unequal Error Protection, UEP ) 的思想， 在进行 本步骤之前还包括对信源编码码流进行重要性判断， 按照信源编码码流重要性 的不同，对信源编码码流进行分组获得各个重要性不同的码流数据分组，其中， 信源编码码流的重要性用于指示在接收端重建图像时信源编码码流对图像失真 的贡献的大小。 对于背景技术中公式（1 )

中的最小化问题可

R^s <B

以通过构建一个有向无环图来解决， 通过该有向无环图的构建， 背景技术中公 式（1 ) 中的最小化问题被转换为有向无环图中最优路径的搜寻问题。

在图论中， 如果一个有向图无法从某个顶点出发经过若干条边回到该点， 则这个图是一个有向无环图。 在本步骤中， 根据经信源编码产生的数据分组以 及信道编码码率集合构建一个有向无环图， 该有向无环图包括初始节点以及由 生成算子构建而成的多层后续节点， 生成算子以信道编码码率集合中的信道编 码码率作为连接初始节点与相邻层中的后续节点或者不同相邻层中的后续节点 的连接弧， 进而形成通过生成算子延续的多个候选码率分配策略的第一集合。 具体如下：

有向无环图由初始节点 s和生成算子 σ构建而成，对于图中其它的每一个节 点《 , 有：

a(«) = {(m,,r(C,))|7=l,...,J}

码率 r )为连接《与其生成的后继节点 ηι】的连接弧。从节点 到节点 n_k之间的 一条路径可定义为一个节点的有序集合 [ ，…， ,^, ..., ], 其中节点 为节点 «的后继节点。 利用算子 σ可将一条路径 π—步一步的延长至最终节点， 此时可 得到一个 J条路径的集合 σ(π)。

从初始节点 S到某一节点《之间的路径 π即为一种码率分配策略， 若节点《 的深度为 i ,此时节点 n意味着构建信源图像可使用的码率，即已传输的码率为：

R(") = R

7=1

其中 S(«)表示路径 π的深度。 此时， 由节点《生成的后继节点可用的码率为 β-R 。 参阅图 ²,图 2是一个由码率集 ^(^.)^{4/(9- ·)|1≤ '≤4},初始节点 = [0,0]， 生成算子 σ ,^Χ + ^.^ + Ι^ ^))构建的有向无环图的例子， 其中 k 为图的深度， 即信源编码产生的数据分组。 第一个数据分组的 4个节点和第二 个数据分组的 7个节点的生成过程如下：

码率集包括： 4/8、 4/7、 4/6、 4/5, 该 4个码率对应 分别为 1、 2、 3、 4; 初始节点 s = [0,0] , 即 n=0, k=0, 生成第一个数据分组的四个节点： 对于第一个数据分组的第一个节点， n j

(即连接弧），

« + =0 + 1 = 1, + 1 = 0 + 1 = 1,因此，第一个数据分组的第一个节点是（ 1,1,4/8 ); 第一个数据分组的第二个节点， _nj =j = 2 , Γ((^.) =4/7 ( 即连接弧），

« + =0 + 2 = 2, ^ + 1 = 0 + 1 = 1,因此，第一个数据分组的第一个节点是（2,1,4/7 ); 第一个数据分组的第三个节点， 《 = ' = 3 , Γ((^·) =4/6 ( 即连接弧），

« + «. =0 + 3 = 3 , ^ + 1 = 0 + 1 = 1,因此，第一个数据分组的第一个节点是（3, 1,4/6 ); 第一个数据分组的第四个节点， = = 4 , Γ((^·) =4/5 ( 即连接弧），

„ + = 0 + 4 = 4, + 1 = 0 + 1 = 1,因此，第一个数据分组的第一个节点是（ 4,1,4/5 )。

第一个数据分组的第一个节点（ 1,1,4/8), 即 n=l, k=l, 生成第二个数据分 组的 4个节点： 第二个数据分组的第一个节点，

(即连接 弧）， « + «. =1 + 1 = 2, ^ + 1 = 1 + 1 = 2 , 因此， 第一个数据分组的第一个节点是

( 2,2,4/8 ); 同理，第二个数据分组的第 2至 4个节点分别是（ 3,2,4/7 )、 ( 4,2,4/6 )、 ( 5,2,4/5 )。

第一个数据分组的第二个节点（2,1,4/7), 即 n=2, k=l, 生成第二个数据分 组的另 4个节点： 第二个数据分组的第 5个节点， 《 =

(即连 接弧）， « + «. =2 + 1 = 3, ^ + 1 = 1 + 1 = 2 , 因此， 第一个数据分组的第 5个节点 是（ 3,2,4/8 );同理，第二个数据分组的第 6至 8个节点分别是（ 4,2,4/7 )、（ 5,2,4/6 )、 ( 6,2,4/5 )。

第一个数据分组的第三个节点（3,1,4/6), 即 n=3, k=l, 生成第二个数据分 组的又 4个节点： 第二个数据分组的第 9个节点，

(即连 接弧）， « + «. =3 + 1 = 4, ^ + 1 = 1 + 1 = 2 , 因此， 第一个数据分组的第 9个节点 是（ 4,2,4/8 );同理，第二个数据分组的第 10至 12个节点分别是（5,2,4/7 )、（6,2,4/6)、 ( 7,2,4/5 )。

第一个数据分组的第四个节点（4,1,4/5 ), 即 n=4, k=l, 生成第二个数据分 组的又 4个节点： 第二个数据分组的第 13个节点， j (

即连 接弧）， « + =4 + 1 = 5, ^ + 1 = 1 + 1 = 2 , 因此， 第一个数据分组的第 13个节点 是（5,2,4/8);同理，第二个数据分组的第 14至 16个节点分别是（6,2,4/7 )、（7,2,4/6)、 ( 8,2,4/5 )。

其中， 第二个数据分组的第 2个节点（ 3,2,4/7 )和第 5个节点（ 3,2,4/8 ) 的 可用码率分别为 B-4/8-4/7、 B-4/7-4/8, 即第 2个节点 ( 3,2,4/7 )和第 5个节点 ( 3,2,4/8 ) 的可用码率是相等的， 可以等效为一个节点。

其中， 第二个数据分组的第 3个节点 （4,2,4/6 )、 第 6个节点 ( 4,2,4/7 ) 以 及第 9个节点（4,2,4/8 )的可用码率分别为 B-4/8-4/6、 B-4/7-4/7、 B-4/6-4/8, 即 第 3个节点（4,2,4/6 )、 第 6个节点 ( 4,2,4/7 )以及第 9个节点 ( 4,2,4/8 )的可用 码率是相等的， 可以等效为一个节点。

其中， 第二个数据分组的第 4个节点（5,2,4/5 )、 第 7个节点（5,2,4/6 )、 第 10个节点 ( 5,2,4/7 ) 以及第 13个节点 ( 5,2,4/8 ) 的可用码率分别为 B-4/8-4/5、 B-4/7-4/6、 B-4/6-4/7、 B-4/5-4/8,即第 4个节点 ( 5,2,4/5 )、第 7个节点 ( 5,2,4/6 )、 第 10个节点（5,2,4/7 ) 以及第 13个节点 （5,2,4/8 )的可用码率是相等的， 可以 等效为一个节点。

其中， 第二个数据分组的第 8个节点 ( 6,2,4/5 )、 第 11个节点 ( 6,2,4/6 ) 以 及第 14个节点 ( 6,2,4/7 ) 的可用码率分别为 B-4/7-4/5、 B-4/6-4/6、 B-4/5-4/7, 即第 8个节点（6,2,4/5 )、 第 11个节点 ( 6,2,4/6 )以及第 14个节点 ( 6,2,4/7 )的 可用码率是相等的， 可以等效为一个节点。

其中， 第二个数据分组的第 12个节点 ( 7,2,4/5 )和 15个节点 ( 7,2,4/6 ) 的 可用码率分别为 B-4/6-4/5、 B-4/5-4/6, 即第 12个节点 （7,2,4/5 )和 15个节点 ( 7,2,4/6 ) 的可用码率是相等的， 可以等效为一个节点。

因此， 第二个数据分组的节点总数最后为 7个。

通过本步骤， 可以将图像失真最小化问题转化为有向无环图中的最优路径 的搜寻问题， 从而使得待解决问题简单化， 降低了计算复杂度， 提高了计算效 率。

步骤 102:根据嵌入式信源编码的率失真函数以及信道编码码率集合中各信 道编码的抗误码能力， 通过启发式搜索算法， 从候选码率分配策略的第一集合 中获得信源编码码流的信道的最优码率分配策略。

率失真函数表示嵌入式图像编码码流的失真与编码码率之间的关系， 该关 系满足率失真理论。 信道编码码率集合是用于进行码率分配的所有信道编码的 信道编码码率组成的集合。 启发式搜索是指在状态空间中对每一个搜索的位置 进行评价，得到最好的位置，再从这个位置进行搜索直到目标，通过这种方式， 可以省略大量无谓的搜索路径， 从而提高效率； 在启发式搜索中， 对位置的评 价是十分重要的， 釆用不同的评价可以有不同的效果。

其中， 本实施例中釆用的启发式搜索算法是 A星算法， A星算法属于启发 式搜索算法中的一种， 通过评价函数的选取， 它在计算准确度和计算效率之间 可以取得折衷平衡。 当然在其它实施例中也可以釆用其它类型的启发式搜索算 法， 例如蚁群算法、 遗传算法、 模拟退火算法等， 在此不对启发式搜索算法的 种类做具体的限定。

候选码率分配策略的第一集合是从有向无环图中形成的， 通过 A星算法， 可以搜索到最优路径， 即信源编码码流的信道的最优码率分配策略。

现有技术中的基于率最优的码率分配算法具有较低的算法复杂度， 然而率 最优的码率分配算法的计算效率是以降低对编码码流的保护来获得的， 这主要 因为基于率最优的码率分配算法往往将率失真关系等效成线性关系， 这一处理 方式在很大程度上降低了传输图像的重构质量； 为了克服现有技术中的这一问 题， 本发明提供的一种新的嵌入式信源编码的率失真函数的模型是 D ^ (R + a)^c + b , 其中， R为信源编码速率， D为信源以速率 R编码时的失真， a、 b、 c为三个参数。

若图像以 /个不同的编码速率进行编码时， 即可得到 /个率失真对 {(R. ,£».)|l≤i≤I} , 将所得率失真对用 Levenberg-Marquardt非线性回归法进行拟 合， 可求得 b , c等三个参数， 即可得图像的率失真函数 /)^)。 本发明实施 方式提出的率失真函数的模型与 Charfi模型的拟合误差相近， 相比线性函数模 型可以提高传输图像的重构质量， 但相比 Charfi模型形式结构更简单， 因此无 论在参数拟合的计算过程， 还是对背景技术中公式（1 ) 的计算过程中都可大幅 降低计算时间， 提高算法效率。

对于启发式搜索算法而言，其关键技术在于选用的启发式评价函数。其中， A 星算法的评价函数/满足条件： ^0≤ (^π )^≤^(^π) , 是指从有向无环图的初 始节点 s到某一节点 η之间的完全路径码率分配策略， g (； r)为釆用 π分配信道 编码码率时重建图像失真的数学期望， ； r'为 π的一个子路径码率分配策略， 完 全路径是指由节点 η生成的后续节点可用的传输速率为零的路径。

此时， 称评价函数/为可容许的。 对于 Α星算法， 若评价函数/是可容许 的， 算法最终会收敛到一个失真最优的路径， 这个结论可以通过如下的方法证 明， 过程如下：

证明：假设在算法中最先达到完全路径的路径 π不是最优路径， 而队列中的 一个路径 π'是最优路径 的一个子路径，那么根据定义及队列的结构特征，有： 因为 π是一条完全路径， 故

g(n) = f n) ( 3 ) 又因为 π'不是队列中第一个数组的元素， 故

ί(π) < f{n) ( 4 ) 而 π'为 的子路径， 故

fin') < g{n) ( 5 ) 结合公式 （3)到公式 （5)有：

g{7 < _§(π) ( 6 ) 这与 是最优路径相， 而 π不是最优路径相矛盾， 故假设不成立， 即算法中 最先达到完全路径的路径 π是最优路径， 上述结论得证。

k+M

进一步地， A星算法的评价函数/可以为： /(π')= 其中，

[C₍₁₎ , ... , j(k)，^ Cj,.(k₊+_ni ， j(k+M)- 是最优路径码率分配策略， 7T' = [C,._m,...,C

c _{j k+m}、 二 C m二 ..,M 其中 M为： M二 , β为系统在传输带宽限制下的最高传输速率， R

为釆用码率分配策略 π'时系统的传输速率， R_k ^s为系统第 k个数据分组的传输速 率， Ζ)(_Ζ·)为图像译码器将前 个数据分组译码后所得重构图像的失真， 为 前 个数据分组能正确译码， 而第 + 1个数据不能正确译码的概率， 为有向无 环图的节点， C,._m,...,C j,(k)为 π'路径上的节点，

为 π路 径上的节点。 证明过程如下：

给定一个路径 r' = [C_W,...,C_W], 假设其为失真最优路径的一个子路径， 那 么一个评价函数可以定义为：

k+M

f( ')= D(i)q(i,7i) (7)

i=0

其中， ^ ⁼ ,…， C_y , C_j{k+l) ,.··, C_j{k+M) ¹

( 8 )

C_i(k+m、 == cC_i(k、,m O

其中 M为：

其中 为第 个分组的码率。 容易证明/ (π')≤ (π) , 并且/ (;r) = g (； r) , 即 公式 （7)所示的评价函数为可容许的评价函数， 因而对于该启 发评价函数 f , A星算法首先收敛到一个失真最优的路径。

步骤 103: 根据最优路径码率分配策略， 对信源编码码流进行信道的码率分 配。

本发明实施方式根据经信源编码产生的数据分组以及信道编码码率集合构 建一个有向无环图， 形成通过生成算子延续的多个候选码率分配策略的第一集 合； 根据嵌入式信源编码的率失真函数以及信道编码码率集合中各信道编码的 抗误码能力， 通过启发式搜索算法， 从候选码率分配策略的第一集合中获得信 源编码码流的信道的最优码率分配策略； 根据最优路径码率分配策略， 对信源 编码码流进行信道的码率分配。 通过构建有向无环图的方式， 能够将图像失真 最小化问题转化为有向无环图中的最优路径的搜寻问题， 从而使得待解决问题 简单化， 降低了计算复杂度， 提高了计算效率； 通过启发式搜索算法， 能够保 证传输图像的重构质量； 通过 A星算法搜索最优路径， 能够在计算准确度和计 算效率之间可以取得折衷平衡， 从而保证传输图像的重构质量和可接受的计算 效率。 另外， 通过可容许的评价函数， 进一步保证传输图像的重构质量； 通过 嵌入式信源编码的率失真函数的模型， 可大幅降低计算时间， 提高算法效率。

参阅图 3 , 在步骤 S102中， 在启发式搜索算法是 A星算法时， 根据嵌入式 信源编码的率失真函数以及信道编码码率集合中各信道编码的抗误码能力， 通 过启发式搜索算法， 从候选码率分配策略的第一集合中获得信源编码码流的信 道的最优码率分配策略， 具体包括：

步骤 S201 : 初始化存储队列， 其中， 存储队列包括多个数组， 每一数组内 包括三个元素， 且这三个元素分别为有向无环图中的待评估路径 π、 基于率失 真函数和评价函数抗误码能力的评价函数对待评估路径的评估函数值/ (π,.)以 及路径最后到达的节点《(π,.) 。 存储队列如图 4所示。 步骤 S202: 判断存储队列是否为空。

步骤 S203 : 若存储队列为空， 则失败退出。

步骤 S204: 若存储队列不为空， 则选择存储队列中的第一个数组， 并判断 第一个数组中的待评估路径是否是完全路径， 完全路径是指由节点 n生成的后 续节点可用的传输速率为零的路径。

步骤 S205: 若第一个数组中的路径是完全路径， 则输出第一个数组中的路 径， 第一个数组中的路径即为信源编码码流的信道的最优路径码率分配策略。

步骤 S206: 若第一个数组中的路径不是完全路径， 则通过生成算子将节点 nin, )进行扩展获得后续节点， 并计算各个后续节点的评价函数值。

步骤 S207: 将评价函数值最小的节点移动至存储队列的最前面， 并判断扩 展获得的后续节点与存储队列中已有的数组的节点是否有重合。 若没有重合， 直接返回步骤 S202。

步骤 S208: 若有重合， 则删除两个重合节点中评价函数值较大的数组， 并 返回步骤 S202。

通过本发明实施方式， 能够保证传输图像的重构质量和可接受的计算效率。 参阅图 3和图 5 , 在图 3所说明的过程的基础上， 可以通过快速算法缩短计 算时间， 图 5中与图 3相同的步骤请参见图 3的说明， 在此不再赘叙。 快速算 法具体是：

在步骤 S202判断存储队列是否为空之前， 包括：

步骤 S301： 对 A星算法中的存储队列设置存储阔值。

需要说明的是，步骤 S301只要在步骤 S202之前执行即可，可以在步骤 S201 之前执行， 也可以在步骤 S201之后执行， 在此不做限制。

在步骤 S206通过生成算子将节点 进行扩展获得后续节点之后， 包括： 步骤 S302: 判断存储队列中的元素个数是否达到存储阔值。

具体来说， 步骤 S302可以在步骤 S208删除两个重合节点中评价函数值较 大的数组之后执行， 也可以在步骤 S207将评价函数值最小的节点移动至存储队 列的最前面， 并判断扩展获得的后续节点与存储队列中已有的数组的节点是否 有重合， 在判断结果为没有重合的时候执行。

步骤 S303 : 若存储队列中的元素个数达到存储阔值， 则结束 A星算法的搜 索过程。 步骤 S304: 输出信源编码码流的信道的局部最优路径码率分配策略， 局部 最优路径码率分配策略为结束 A星算法的搜索过程时， 存储队列的第一位元素 的路径。

若存储队列中的元素个数没有达到存储阔值， 则返回判断存储队列是否为 空的步骤 (即步骤 S202 )。

本发明实施方式对存储队列设置存储阔值的约束， 给出 A星算法的局部最 优解， 当存储队列中元素个数达到存储阈值时结束算法， 输出存储队列首位元 素 （第一位元素） 的路径作为局部最优路径； 使用本实施方式的快速搜索算法 虽然只能得到一个局部最优路径，但是计算时间大大降低，计算复杂度约为 N , 其中 为存储阔值， N为信源码率数据分组个数。 其中， 该存储阔值的具体取值 可以根据对重构质量和计算效率的要求进行合适的设置， 例如存储阔值可以设 置为 5000、 10000等数值。

请参阅图 6, 本发明还提供一种远程图像传输方法， 该方法可以包括： 步骤 S401 : 按照多级树集合分裂算法 SPIHT, 对待传输图像进行编码， 获 得信源编码码流。

在传输图像时首先确定总的传输码率， 然后按照多级树集合分裂算法 （Set Partition In Hierarchical Trees , SPIHT )对待传输图像进行编码， 获得信源编码码 流。 SPIHT算法是一种基于小波变换的量化编码算法， SPIHT算法也是最具代 表性的嵌入式编码算法之一。 在使用 SPIHT算法对一幅信源图像进行编码时， 在编码器生成的一组不同编码码率的码流中， 其编码码率低的码是编码码率高 的码的前置码流。 因此使用 SPIHT算法进行信源编码的码流可以在任意低于信 源编码码率的位置被截断， 此时可获得一个码率较低的码流， 从而可用此码流 重构一个质量较差的低码率图像。

步骤 S402: 按照信源编码码流重要性的不同， 对信源编码码流进行分组。 对信源编码码流进行分组获得各个数据分组， 信源编码码流的重要性用于 指示在接收端重建图像时信源编码码流对图像失真的贡献的大小， 信源编码码 流的重要性越高其对图像失真的贡献越大。

步骤 S403: 在分组后的信源编码码流的末端加入校验码。

在各个数据分组的末端加入校验码， 具体可为 16bits的 CRC等校验码。 步骤 S404: 根据经信源编码产生的数据分组以及信道编码码率集合构建一 个有向无环图， 其中有向无环图包括初始节点以及由生成算子构建而成的多层 后续节点， 生成算子以信道编码码率集合中的信道编码码率作为连接初始节点 与相邻层中的后续节点或者不同相邻层中的后续节点的连接弧， 进而形成通过 生成算子延续的多个候选码率分配策略的第一集合。

步骤 S405: 根据嵌入式信源编码的率失真函数以及信道编码码率集合中各 信道编码的抗误码能力， 通过启发式搜索算法， 从候选码率分配策略的第一集 合中获得信源编码码流的信道的最优码率分配策略。

步骤 S406: 根据最优路径码率分配策略， 对信源编码码流进行信道的码率 分配。

步骤 S407: 按照信源编码码流已分配的信道编码码率， 对加入校验码的数 据分组的信源编码码流进行率兼容穿孔 Turbo码 RCPT信道编码。

Turbo码是一种并行级联的信道编码，在译码时通过适当的迭代可使其抗误 比特率性能接近香农极限。 RCPT ( Rate-Compatible Punctured Turbo, 码率匹配 截短 Turbo码）码首先选择一个 Turbo码作为母码，再在母码的基础上通过穿孔 ( Punctured )生成一组信道编码码率各不相同但又相互兼容的信道编码。 其中 率兼容是指由母码穿孔衍生而成的这一组信道编码均可使用母码的译码器进行 译码。 由母码及其穿孔衍生出的信道编码所构成的集合称为一组 RCPT码。 一 组 RCPT码具有如下性质： 一组 RCPT码可由母码及其穿孔矩阵确定； RCPT码 中所有信道编码均可使用母码的译码器进行译码； 各个子码的信道编码码率互 不相同， 且均小于母码的信道编码码率； 适当选择译码迭代次数可以使各子码 性能接近各自香农限， 因此信道编码码率越小的子码其误比特率性能越好。

步骤 S408: 对已经过 RCPT信道编码的信源编码码流进行调制发送。

经过 RCPT信道编码的信源编码码流即为数据包， 在调制发送数据包后， 接收端首先对解调后的信号进行信道译码以获得译码结果， 然后对译码结果进 行 CRC检测， 当检测到 RCPT码的译码错误时， 则停止接收剩下的数据包， 并 用之前成功译得的数据包进行 SPIHT译码， 进而重构信源图像。

需要说明的是， 本实施方式信道的码率分配方法可以应用于基于 SPIHT+RCPT码的图像传输系统， 当然， 步骤 S401 中釆用的 SPIHT算法也可 以由其它合适类型的嵌入式信源编码算法代替，同理，步骤 S407中釆用的 RCPT 也可以由其它合适类型的信道编码算法代替， 例如在其他实施方式中， 也可应 用于例如 JEPG2000+RCPC码等其他图像传输系统， 此处不作过多限制。 参阅图 1和图 7, 和图 1比较， 本发明信道的码率分配方法又一实施方式包 括如下不同的步骤：

步骤 501 :根据经信源编码产生的数据分组以及信道编码码率集合构建一个 有向无环图， 其中有向无环图包括初始节点以及由生成算子构建而成的多层后 续节点， 生成算子以信道编码码率集合中的信道编码码率作为连接初始节点与 相邻层中的后续节点或者不同相邻层中的后续节点的连接弧， 进而形成通过生 成算子延续的多个候选码率分配策略的第一集合；

步骤 S502: 按照当前数据分组的节点的信道编码码率小于等于当前数据分 组的节点的后续节点的信道编码码率的要求， 对有向无环图进行剪枝， 获得候 选码率分配策略的第二集合， 其中， 候选码率分配策略的第二集合是候选码率 分配策略的第一集合的子集。

对于用嵌入式信源 （例如 SPIHT算法）编码的图像码流而言， 由于其码流 是按重要程度顺序排列的， 所以， 在最优路径 r = [C_W,...,C. ]中， 各数据分组 的信道编码码率应该满足 C^ Cn)) , 其中 = 1,...,N - 1。 这一约束条件可 进一步减少节点的后继分支，从而可以减少总的待搜索路径，降低算法复杂度， 如图 8所示。

此时， 在步骤 S102中， 即通过启发式搜索算法， 从候选码率分配策略的第 一集合中获得信源编码码流的信道的最优码率分配策略， 具体包括：

步骤 S503: 通过启发式搜索算法， 从候选码率分配策略的第二集合中获得 信源编码码流的信道的最优路径码率分配策略。

步骤 S503可以釆用上述的实施方式获得信源编码码流的信道的最优路径码 率分配策略， 在此不再进行赞叙。

步骤 504: 根据最优路径码率分配策略， 对信源编码码流进行信道的码率分 配。

其中， 图 7步骤 S501和步骤 S504中分别与图 1对应的步骤 S101和步骤 S103相同， 具体内容请参见前述实施例对图 1的相关说明， 在此不再赘叙。

通过本发明图 7 所示的实施方式可以减少总的待搜索路径， 降低算法复杂 度。

下面以利用本实施方式信道的码率分配方法传输实验图像 Lena为例进行说 明。 实验信道使用 BSC信道， 在传输图像时首先确定总传输速率， 本例将总传 输速率分别设定为 l.Obpp和 0.5bpp 以便于对比。 首先将待传输的实验图像： 512x512像素的 Lena图在不同编码速率下进行小波 SPIHT编码， 其信源编码速 率取自集合 {0.05,0.10,0.15,...,1.0}bpp, 并计算各速率下 SPIHT编码的失真， 得 到各编码速率下的率失真对。再用得到的率失真对对 = (R + a)^e + b模型进行函 数拟合， 从而可得待传输图像的率失真函数。 信道编码使用 RCPT码， 其母码 由 [31,27](。。_t)的递归系统卷积码生成， 各子信道编码的码率取自集合

R_c= {4/ 12,4/ 11, ...,4/ 5}, 集合 R_c中各码率的抗误码性能如表 1所示。

o

表 1、 RCPT码在 BSC信道中的误比特率特性

BSC信道

4/5率 4/6率 4/7率 4/8率 4/9率 4/10率 4/11率 4/12率 转移概率

0.01 0.0124 0.0096 4.7>10"⁴ 1.2>10"⁴ 2.7> o"⁵ 0 0

0.02 0.0203 0.0157 3.2X10^-3 8.6>10"⁴ 2.1>10"⁴ 6.8> o"⁵ 2.2: «10"⁵ 0

0.03 0.0282 0.0139 5.0X10^-3 1.8> <10"³ 4.1>10"⁴ 1.2> o-⁴ 4.2: «10"⁵ 1.0: xlO"⁵

0.04 0.0411 0.0266 6.5X10^-3 2.1> <10"³ 5.8>10"⁴ 2.1> o-⁴ 5.3: «10"⁵ 1.6: xlO"⁵

0.05 0.0506 0.0392 8.0X10^-3 2.9> <10"³ 8.8>10"⁴ 3.9> o-⁴ 7.9: «10"⁵ 3.8: xlO"⁵

0.06 0.0601 0.0482 3.3> <10"³ 9.5>10"⁴ 4.8> o-⁴ 8.8: «10"⁵ 6.0: xlO"⁵

0.07 0.0689 0.0531 0.0113 4.6> <10"³ 1.2> <10"³ 5.7> o-⁴ 1.1: <10-⁴ 8.0： xlO"⁵

0.08 0.0798 0.0583 0.0158 5.3> <10"³ 1.6> <10"³ 6.6> o-⁴ 2.9: <10-⁴ 9.8: xlO"⁵

0.09 0.1820 0.0754 0.0191 7.0> <10"³ 3.9> <10"³ 9.8> o-⁴ 2.8: <10-⁴ 1.9: xlO-⁴

0.1 0.2010 0.0925 0.0289 0.0103 6.6> <10"³ 2.9> o^-3 5.9: <10—⁴ 2.4: xlO—⁴ 设定传输的每个数据分组的长度为 2048bit, 由于待传输的实验图像的大小 为 512x512像素， 因此对于总传输速率为 l.Obpp的传输模式， 系统将传输 128 个数据分组， 即取 N_{1 =}128; 而对于总传输速率为 0.5bpp的传输模式， 需要传输 的数据分组 N₂ = 64。 利用本发明所提出的码率分配算法及其快速算法在几种不 同的信道条件下分别对上述 2种传输模式进行最优码率分配策略的计算， 其中 快速算法的存储队列阔值设置为： ^ = 5000, 本发明所使用码率分配算法的码率 分配结果如表 2所示。 表 2、 本发明对实验图像最优码率分配的分配结果 率 法 信道转 各信道码率下数据分组个数

界 ' 移概率 4/5 4/6 4/7 4/8 4/9 4/10 4/11 4/12

全局 0.01 3 19 25 27 32 15 7 0

L^ObpP 搜索 0.04 1 16 19 29 30 22 11 0 算法 0.07 0 2 17 29 28 27 18 7

0.1 0 0 6 17 28 33 29 15

0.01 3 21 25 26 31 16 6 0

快速 0.04 2 14 18 31 30 23 10 0

算法 0.07 1 2 15 27 31 25 18 9

搜全 0.1 0 0 3 19 38 38 16 14

局法索 01 19 25 27 32 15 0

04 1 16 19 29 30 22 11 0

07 0 2 17 29 28 2 18 7

一 .1 0 0 6 17 28 3 29 \i

.寸

0.01 3 21 25 26 31 16 6 0

快速 0.04 2 14 18 31 30 23 10 0

算法 0.07 1 2 15 27 31 25 18 9

0.1 0 0 3 19 38 38 16 14 再在每个数据分组中加入 16bit的 CRC校验位后， 进入 RCPT编码器进行 信道编码。 在译码时若 CRC检测到 RCPT译码发生错误时， 系统立即停止接收 剩余数据分组并将其丟弃， 最后通过对正确接收的数据分组进行 SPIHT译码可 得接收端重构图像。

表 3统计了本发明提出的启发式算法及其快速算法在几种不同信道条件下的 计算时间及其重构图像的失真，并与使用 LS算法在重构图像失真近似时所花费 的计算时间进行了比较， 从表中可以看出， 本发明所设计的快速算法在重构图 像质量相近的情况下， 其计算效率要明显优于目前在同类算法中性能较好的局 部搜索 LS算法。

表 3、 Lena图的码率分配计算时间及重构失真

信道转 A* 快速 PC LS

^率

移概率 时间（s) MSE 时间 (s) MSE 时间 (s) MSE

0.01 8.42 34.1 0.11 34.7 0.28 34.9

0.04 8.49 46.1 0.11 48.2 0.28 48.3

0.5bpp

0.07 8.22 65.8 0.11 69.7 0.28 70.3

0.1 8.31 99.2 0.11 102.9 0.29 103.8

0.01 120.8 21.5 0.19 21.9 0.78 22.0

0.04 25.9 0.20 26.5 0.77 26.5

l.Obpp

0.07 34.6 0.20 36.3 0.77 36.5

0.1 120.6 51.1 0.20 53.0 0.78 53.3 图 9给出了传输系统使用不同码率分配算法进行码率分配时接收端重构图 像的失真， 如图 9所示， 横坐标为信道转移概率 （BER ), 纵坐标为峰值信噪比 ( Peak Signal to Noise Ration, PSNR ), PSNR为衡量图像传输质量的一种客观 标准， PSNR越高则图像传输质量越好。 其中， 完全算法为本发明所提出的 A 星启发式搜索算法进行全路径搜索时系统的性能， 快速算法的存储队列阔值设 为： q = 5000 , 在 l.Obpp的总传输速率下算法平均耗时 0.20s, 在 0.5bpp的总传 输速率下耗时为 0.10s, LS算法的算法时间阔值在 l.Obpp和 0.5bpp的总传输速 率下分别设置为 0.2s和 0.1s。 从图 9中可以看出， 本发明的方法与同类算法中 性能较好的 LS算法相比， 本发明使用的快速算法在计算时间相近时性能更优。

参阅图 10, 图 10是本发明信道的码率分配系统一实施方式的结构示意图， 该系统用于信源信道联合编码的传输系统， 其中信源编码为嵌入式信源编码， 该系统包括： 构建模块 101、 分配策略获得模块 102以及码率分配模块 103。

构建模块 101 用于根据经信源编码产生的数据分组以及信道编码码率集合 构建一个有向无环图， 其中有向无环图包括初始节点以及由生成算子构建而成 的多层后续节点， 生成算子以信道编码码率集合中的信道编码码率作为连接初 始节点与相邻层中的后续节点或者不同相邻层中的后续节点的连接弧， 进而形 成通过生成算子延续的多个候选码率分配策略的第一集合。

在图论中， 如果一个有向图无法从某个顶点出发经过若干条边回到该点， 则这个图是一个有向无环图。 根据经信源编码产生的数据分组以及信道编码码 率集合构建一个有向无环图， 该有向无环图包括初始节点以及由生成算子构建 而成的多层后续节点， 生成算子以信道编码码率集合中的信道编码码率作为连 接初始节点与相邻层中的后续节点或者不同相邻层中的后续节点的连接弧， 进 而形成通过生成算子延续的多个候选码率分配策略的第一集合。 通过这种方式， 可以将图像失真最小化问题转化为有向无环图中的最优路径的搜寻问题， 从而 使得待解决问题简单化。

分配策略获得模块 102用于根据嵌入式信源编码的率失真函数以及信道编 码码率集合中各信道编码的抗误码能力， 通过启发式搜索算法， 从候选码率分 配策略的第一集合中获得信源编码码流的信道的最优码率分配策略。

率失真函数表示嵌入式图像编码码流的失真与编码码率之间的关系， 该关 系满足率失真理论。 信道编码码率集合是用于进行码率分配的所有信道编码的 信道编码码率组成的集合。 启发式搜索是指在状态空间中对每一个搜索的位置 进行评价，得到最好的位置，再从这个位置进行搜索直到目标，通过这种方式， 可以省略大量无谓的搜索路径， 从而提高效率； 在启发式搜索中， 对位置的评 价是十分重要的， 釆用不同的评价可以有不同的效果。

其中， 本实施例中釆用的启发式搜索算法是 A星算法， A星算法属于启发 式搜索算法中的一种， 通过评价函数的选取， 它在计算准确度和计算效率之间 可以取得折衷平衡。 当然在其它实施例中也可以釆用其它类型的启发式搜索算 法， 例如蚁群算法、 遗传算法、 模拟退火算法等， 在此不对启发式搜索算法的 种类做具体的限定。

候选码率分配策略的第一集合是从有向无环图中形成的， 通过 A星算法， 可以搜索到最优路径， 即信源编码码流的信道的最优码率分配策略。

其中， 嵌入式信源编码的率失真函数的模型是^^ ^ + ^^ + 其中， R为 信源编码速率， D为信源以速率 R编码时的失真， a、 b、 c为三个参数。

若图像以 /个不同的编码速率进行编码时， 即可得到 /个率失真对 {(^.,£>.)|1≤ ≤/} , 将所得率失真对用 Levenberg-Marquardt非线性回归法进行拟 合， 可求得 b , c等三个参数， 即可得图像的率失真函数 /)^)。 本发明实施 方式提出的率失真函数的模型与 Charfi模型的拟合误差相近， 但形式结构更简 单， 因此无论在参数拟合的计算过程， 还是对背景技术中公式（1 ) 的计算过程 中都可大幅降低计算时间， 提高算法效率。

对于启发式搜索算法而言，其 的启发式评价函数。其中，

A 星算法的评价函数/满足条件： , 是指从有向无环图的初

始节点 s到某一节点 η之间的完全路径码率分配策略， g (； r)为釆用 π分配信道 编码码率时重建图像失真的数学期望， π'为 π的一个子路径码率分配策略， 完 全路径是指由节点 η生成的后续节点可用的传输速率为零的路径。

k+M

进一步地， A星算法的评价函数/为： f(7t') = D(i)q(i, , 其中， 是最

!•=0

= [C_J(l) ,..., C_j(k), C_j{k+l) ,.··, C_j{k+M) ] 优路径码率分配策略， r' = [C ₎,..., C 其中 M为： M二 , β为系统在传输带宽限制下的最高传输速率， R

为釆用码率分配策略 π'时系统的传输速率， R_k ^s为系统第 k个数据分组的传输速 率， Ζ)(_Ζ·)为图像译码器将前 个数据分组译码后所得重构图像的失真， q(i»为 前 个数据分组能正确译码， 而第 + 1个数据不能正确译码的概率， （^.为有向无 环图的节点， c„.., _w为; r'路径上的节点， ς _ι),...,ς^,ς. ,...,ς.ο为;^各 径上的节点。

码率分配模块 103 用于根据最优路径码率分配策略， 对信源编码码流进行 信道的码率分配。

本发明实施方式根据经信源编码产生的数据分组以及信道编码码率集合构 建一个有向无环图， 形成通过生成算子延续的多个候选码率分配策略的第一集 合； 根据嵌入式信源编码的率失真函数以及信道编码码率集合中各信道编码的 抗误码能力， 通过启发式搜索算法， 从候选码率分配策略的第一集合中获得信 源编码码流的信道的最优码率分配策略； 根据最优路径码率分配策略， 对信源 编码码流进行信道的码率分配。 通过构建有向无环图的方式， 能够将图像失真 最小化问题转化为有向无环图中的最优路径的搜寻问题， 从而使得待解决问题 简单化， 降低了计算复杂度， 提高了计算效率； 通过启发式搜索算法， 能够保 证传输图像的重构质量； 通过 Α星算法搜索最优路径， 能够在计算准确度和计 算效率之间可以取得折衷平衡， 从而保证传输图像的重构质量和可接受的计算 效率。 另外， 通过可容许的评价函数， 进一步保证传输图像的重构质量； 通过 嵌入式信源编码的率失真函数的模型， 可大幅降低计算时间， 提高算法效率。

参阅图 11 , 在启发式搜索算法是 A星算法时， 图 10中的分配策略获得模 块 102包括： 初始化单元 1021、 存储队列判断单元 1022、 退出单元 1023、 选择 单元 1024、 完全路径判断单元 1025、 输出单元 1026、 扩展单元 1027、 计算单 元 1028、 移动单元 1029、 节点重合判断单元 10210以及删除单元 10211

初始化单元 1021用于初始化存储队列， 其中， 存储队列包括多个数组， 每 一数组内包括三个元素， 且分别为有向无环图中的待评估路径⁷^、 基于率失真 函数和评价函数抗误码能力的评价函数对待评估路径的评估函数值 ^^')以及 路径最后到达的节点" (^π'λ

存储队列判断单元 1022用于判断存储队列是否为

退出单元 1023用于在存储队列为空时， 失败退出 选择单元 1024用于在存储队列不为空时， 选择存储队列中的第一个数组。 完全路径判断单元 1025用于判断第一个数组中的待评估路径是否是完全路 径， 完全路径是指由节点 n生成的后续节点可用的传输速率为零的路径。

输出单元 1026用于在第一个数组中的路径是完全路径时， 输出第一个数组 中的路径， 第一个数组中的路径即为信源编码码流的信道的最优路径码率分配 策略。

扩展单元 1027用于在第一个数组中的路径不是完全路径时， 通过生成算子 将节点 "(^π'·)进行扩展获得后续节点。

计算单元 1028用于计算各个后续节点的评价函数值。

移动单元 1029用于将评价函数值最小的节点移动至存储队列的最前面。 节点重合判断单元 10210用于判断扩展获得的后续节点与存储队列中已有 的数组的节点是否有重合。

删除单元 10211 用于在有重合时， 删除两个重合节点中评价函数值较大的 数组， 并返回存储队列判断单元 1022。

通过本发明实施方式， 能够保证传输图像的重构质量和可接受的计算效率。 参阅图 11和图 12, 在图 11所说明的过程的基础上， 本发明实施方式可以 通过快速算法缩短计算时间， 图 12中与图 11相同的模块或单元请参见图 11的 说明， 在此不再赘叙。 釆用快速算法时， 分配策略获得模块 102还包括： 设置 单元 10212、 存储阔值判断单元 10213、 搜索过程结束单元 10214。

设置单元 10212用于设置单元用于对 Α星算法中的存储队列设置存储阔值。 存储阔值判断单元 10213 用于判断存储队列中的元素个数是否达到存储阔 值。

搜索过程结束单元 10214用于在存储队列中的元素个数达到存储阔值时， 结束 A星算法的搜索过程。

输出单元 1026还用于输出信源编码码流的信道的局部最优路径码率分配策 略， 局部最优路径码率分配策略为结束 A星算法的搜索过程时， 存储队列的第 一位元素的路径。

若存储队列中的元素个数没有达到存储阔值， 则返回存储队列判断单元 1022。

本发明实施方式对存储队列设置存储阔值的约束， 给出 A星算法的局部最 优解， 当存储队列中元素个数达到存储阈值时结束算法， 输出存储队列首位元 素 （第一位元素） 的路径作为局部最优路径； 使用本实施方式的快速搜索算法 虽然只能得到一个局部最优路径，但是计算时间大大降低，计算复杂度约为 N , 其中 为存储阔值， N为信源码率数据分组个数。

参阅图 13和图 10, 本发明信道的码率分配系统还可以包括： 第二集合获得 模块 104。

第二集合获得模块 104用于按照当前数据分组的节点的信道编码码率小于 等于当前数据分组的节点的后续节点的信道编码码率的要求， 对有向无环图进 行剪枝， 获得候选码率分配策略的第二集合， 其中， 候选码率分配策略的第二 集合是候选码率分配策略的第一集合的子集。

对于用嵌入式信源 （例如 SPIHT算法）编码的图像码流而言， 由于其码流 是按重要程度顺序排列的， 所以， 在最优路径 r = [C_W,...,C. ]中， 各数据分组 的信道编码码率应该满足

1,...,N - 1。 这一约束条件可 进一步减少节点的后继分支，从而可以减少总的待搜索路径，降低算法复杂度。

分配策略获得模块 102还用于通过启发式搜索算法， 从候选码率分配策略 的第二集合中获得信源编码码流的信道的最优路径码率分配策略。

图 13中与图 10相同的模块或单元请参见图 10的说明， 在此不再赘叙。 通过本发明实施方式可以减少总的待搜索路径， 降低算法复杂度。

本发明实施方式还提供一种计算机存储介质， 其中， 该计算机存储介质可 存储有程序， 该程序执行时包括上述方法实施方式中记载的信道的码率分配方 法的部分或全部步骤。

参阅图 14, 本发明实施方式还提供一种远程图像传输系统， 该系统包括： 信源编码模块 201、 分组模块 202、 信道码率分配模块 203、 信道编码模块 204 以及调制发送模块 205。

需要说明的是， 本实施方式的远程图像传输系统可以执行图 6中的步骤。 信源编码模块 201 用于对待传输图像进行嵌入式信源编码， 获得信源编码 码流。

分组模块 202用于按照信源编码码流重要性的不同， 对信源编码码流进行 分组 , 并在各组信源编码码流的末端加入校验码。

信道码率分配模块 203用于为各组信源编码码流进行信道码率分配。 信道编码模块 204用于按照被分配的信道码率对各组信源编码码流进行信 道编码。

调制发送模块 205用于将经过信道编码的信源编码码流进行调制发送。 其中，信道码率分配模块 203包括：构建单元 2031、分配策略获得单元 2032 以及码率分配单元 2033。

构建单元 2031用于根据经信源编码产生的数据分组以及信道编码码率集合 构建一个有向无环图， 其中有向无环图包括初始节点以及由生成算子构建而成 的多层后续节点， 生成算子以信道编码码率集合中的信道编码码率作为连接初 始节点与相邻层中的后续节点或者不同相邻层中的后续节点的连接弧， 进而形 成通过生成算子延续的多个候选码率分配策略的第一集合。

分配策略获得单元 2032用于根据嵌入式信源编码的率失真函数以及信道编 码码率集合中各信道编码的抗误码能力， 通过启发式搜索算法， 从候选码率分 配策略的第一集合中获得信源编码码流的信道的最优码率分配策略。

码率分配单元 2033用于根据最优路径码率分配策略， 对信源编码码流进行 信道的码率分配。

本发明实施方式根据经信源编码产生的数据分组以及信道编码码率集合构 建一个有向无环图， 形成通过生成算子延续的多个候选码率分配策略的第一集 合； 根据嵌入式信源编码的率失真函数以及信道编码码率集合中各信道编码的 抗误码能力， 通过启发式搜索算法， 从候选码率分配策略的第一集合中获得信 源编码码流的信道的最优码率分配策略； 根据最优路径码率分配策略， 对信源 编码码流进行信道的码率分配。 通过构建有向无环图的方式， 能够将图像失真 最小化问题转化为有向无环图中的最优路径的搜寻问题， 从而使得待解决问题 简单化， 降低了计算复杂度， 提高了计算效率； 通过启发式搜索算法， 能够保 证传输图像的重构质量。

如图 15所示，本发明实施方式还提供一种信道的码率分配装置，该装置 300 包括连接在总线 301的存储器 302和处理器 303。

存储器 302存储有程序 304, 处理器 303用于执行程序 304, 程序 304执行 时包括如下步骤：

根据经信源编码产生的数据分组以及信道编码码率集合构建一个有向无环 图， 其中有向无环图包括初始节点以及由生成算子构建而成的多层后续节点， 生成算子以信道编码码率集合中的信道编码码率作为连接初始节点与相邻层中 的后续节点或者不同相邻层中的后续节点的连接弧， 进而形成通过生成算子延 续的多个候选码率分配策略的第一集合；

根据嵌入式信源编码的率失真函数以及信道编码码率集合中各信道编码的 抗误码能力， 通过启发式搜索算法， 从候选码率分配策略的第一集合中获得信 源编码码流的信道的最优码率分配策略；

根据最优路径码率分配策略， 对信源编码码流进行信道的码率分配。

本发明实施方式根据经信源编码产生的数据分组以及信道编码码率集合构 建一个有向无环图， 形成通过生成算子延续的多个候选码率分配策略的第一集 合； 根据嵌入式信源编码的率失真函数以及信道编码码率集合中各信道编码的 抗误码能力， 通过启发式搜索算法， 从候选码率分配策略的第一集合中获得信 源编码码流的信道的最优码率分配策略； 根据最优路径码率分配策略， 对信源 编码码流进行信道的码率分配。 通过构建有向无环图的方式， 能够将图像失真 最小化问题转化为有向无环图中的最优路径的搜寻问题， 从而使得待解决问题 简单化， 降低了计算复杂度， 提高了计算效率； 通过启发式搜索算法， 能够保 证传输图像的重构质量。

在本发明所提供的几个实施方式中， 应该理解到， 所揭露的系统， 装置和 方法， 可以通过其它的方式实现。 例如， 以上所描述的装置实施方式仅仅是示 意性的， 例如， 所述模块或单元的划分， 仅仅为一种逻辑功能划分， 实际实现 时可以有另外的划分方式， 例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一 个系统， 或一些特征可以忽略， 或不执行。 另一点， 所显示或讨论的相互之间 的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口， 装置或单元的间接耦合或 通信连接， 可以是电性， 机械或其它的形式。 单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元， 即可以位于一个地方， 或者 也可以分布到多个网络单元上。 可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部 单元来实现本实施方式方案的目的。

另外， 在本发明各个实施方式中的各功能单元可以集成在一个处理单元中， 也可以是各个单元单独物理存在， 也可以两个或两个以上单元集成在一个单元 中。 上述集成的单元既可以釆用硬件的形式实现， 也可以釆用软件功能单元的 形式实现。

所述集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或 使用时， 可以存储在一个计算机可读取存储介质中。 基于这样的理解， 本发明 的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或 部分可以以软件产品的形式体现出来， 该计算机软件产品存储在一个存储介质 中， 包括若干指令用以使得一台计算机设备（可以是个人计算机， 服务器， 或 者网络设备等）或处理器（processor )执行本发明各个实施方式所述方法的全部 或部分步骤。 而前述的存储介质包括： U盘、 移动硬盘、 只读存储器 （ROM, Read-Only Memory ), 随机存取存储器（RAM, Random Access Memory )、 磁碟 或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

以上所述仅为本发明的实施方式， 并非因此限制本发明的专利范围， 凡是 利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换， 或直接或间接 运用在其他相关的技术领域， 均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims

权利 要求

1.一种信道的码率分配方法， 其特征在于， 所述方法用于信源信道联合编码 的传输系统， 其中信源编码为嵌入式信源编码， 所述方法包括：

根据经信源编码产生的数据分组以及信道编码码率集合构建一个有向无环 图， 其中所述有向无环图包括初始节点以及由生成算子构建而成的多层后续节 点， 所述生成算子以所述信道编码码率集合中的信道编码码率作为连接所述初 始节点与相邻层中的所述后续节点或者不同相邻层中的所述后续节点的连接弧, 进而形成通过所述生成算子延续的多个候选码率分配策略的第一集合；

根据嵌入式信源编码的率失真函数以及所述信道编码码率集合中各信道编 码的抗误码能力， 通过启发式搜索算法， 从所述候选码率分配策略的第一集合 中获得信源编码码流的信道的最优码率分配策略；

根据所述最优路径码率分配策略， 对所述信源编码码流进行信道的码率分 配。

2.根据权利要求 1所述的方法， 其特征在于， 所述启发式搜索算法是 A星 算法。

3.根据权利要求 2所述的方法，其特征在于， 所述 A星算法的评价函数 f满 足条件： |^{0≤ (7r )≤ (7r)} , 所述 π是指从所述有向无环图的初始节点 s到某一

(^) = (7r) > 0

节点 n之间的完全路径码率分配策略， 所述 g (； r)为釆用所述 π分配信道编码码 率时重建图像失真的数学期望， 所述 π'为所述 π的一个子路径码率分配策略， 所述完全路径是指由所述节点 η生成的后续节点可用的传输速率为零的路径。

4.根据权利要求 3所述的方法，其特征在于，所述 Α星算法的评价函数/为： W,..., C _W] , β为所述

系统在传输带宽限制下的最高传输速率， R ,为釆用码率分配策略 π'时系统的传 输速率， 为所述系统第 个数据分组的传输速率， Ζ)(_Ζ·)为图像译码器将前 个 数据分组译码后所得重构图像的失真， 0·,^)为前 个数据分组能正确译码， 而 第 + 1个数据不能正确译码的概率， 为所述有向无环图的节点， c "..,c 为 所述 π'路径上的节点， C^,..., C^, C .., C _+m^所述 ^路径上的节点。

5.根据权利要求 2所述的方法， 其特征在于， 所述根据嵌入式信源编码的率 失真函数以及所述信道编码码率集合中各信道编码的抗误码能力， 通过启发式 搜索算法， 从所述候选码率分配策略的第一集合中获得信源编码码流的信道的 最优码率分配策略的步骤， 包括：

初始化存储队列， 其中， 所述存储队列包括多个数组， 每一数组内包括三 个元素， 且分别为所述有向无环图中的待评估路径 π,.、 基于所述率失真函数和 所述评价函数抗误码能力的评价函数对所述待评估路径的评估函数值/ ( .)以 及所述路径最后到达的节点 ；

判断所述存储队列是否为空， 若所述存储队列为空， 则失败退出；

若所述存储队列不为空， 则选择所述存储队列中的第一个数组， 并判断所 述第一个数组中的待评估路径是否是完全路径，所述完全路径是指由所述节点 η 生成的后续节点可用的传输速率为零的路径；

若所述第一个数组中的路径是完全路径， 则输出所述第一个数组中的路径， 所述第一个数组中的路径即为信源编码码流的信道的最优路径码率分配策略； 若所述第一个数组中的路径不是完全路径， 则通过所述生成算子将所述节 点 进行扩展获得后续节点 , 并计算各个所述后续节点的评价函数值；

将所述评价函数值最小的节点移动至所述存储队列的最前面， 并判断所述 扩展获得的后续节点与所述存储队列中已有的数组的节点是否有重合；

若有重合， 则删除两个所述重合节点中评价函数值较大的数组， 并返回若 所述判断存储队列是否为空， 若存储队列为空， 则失败退出的步骤。

6.根据权利要求 5所述的方法， 其特征在于， 所述判断所述存储队列是否为 空的步骤之前， 包括：

对所述 Α星算法中的存储队列设置存储阔值；

所述通过所述生成算子将所述节点 进行扩展获得后续节点的步骤之后, 包括：

判断所述存储队列中的元素个数是否达到所述存储阔值；

若所述存储队列中的元素个数达到所述存储阔值， 则结束所述 A星算法的 搜索过程； 输出所述信源编码码流的信道的局部最优路径码率分配策略， 所述局部最 优路径码率分配策略为结束所述 A星算法的搜索过程时， 所述存储队列的第一 位元素的路径。

7.根据权利要求 1至 6任一项所述的方法， 其特征在于， 所述通过启发式搜 索算法， 从所述候选码率分配策略的第一集合中获得信源编码码流的信道的最 优码率分配策略的步骤之前， 包括：

按照当前数据分组的节点的信道编码码率小于等于所述当前数据分组的节 点的后续节点的信道编码码率的要求， 对所述有向无环图进行剪枝， 获得所述 候选码率分配策略的第二集合， 其中， 所述候选码率分配策略的第二集合是所 述候选码率分配策略的第一集合的子集；

所述通过启发式搜索算法， 从所述候选码率分配策略的第一集合中获得信 源编码码流的信道的最优码率分配策略的步骤， 包括：

通过启发式搜索算法， 从所述候选码率分配策略的第二集合中获得信源编 码码流的信道的最优路径码率分配策略。

8.根据权利要求 1至 6任一项所述的方法， 其特征在于， 所述嵌入式信源编 码的率失真函数的模型是^^ ^ + ^^ + ^ 其中， 所述 R为信源编码速率， D为 信源以速率 R编码时的失真， a、 b、 c为三个参数。

9.一种信道的码率分配系统， 其特征在于， 所述系统用于信源信道联合编码 的传输系统， 其中信源编码为嵌入式信源编码， 所述系统包括：

构建模块， 用于根据经信源编码产生的数据分组以及信道编码码率集合构 建一个有向无环图， 其中所述有向无环图包括初始节点以及由生成算子构建而 成的多层后续节点， 所述生成算子以所述信道编码码率集合中的信道编码码率 作为连接所述初始节点与相邻层中的所述后续节点或者不同相邻层中的所述后 续节点的连接弧， 进而形成通过所述生成算子延续的多个候选码率分配策略的 第一集合；

分配策略获得模块， 用于根据嵌入式信源编码的率失真函数以及所述信道 编码码率集合中各信道编码的抗误码能力， 通过启发式搜索算法， 从所述候选 码率分配策略的第一集合中获得信源编码码流的信道的最优码率分配策略； 码率分配模块， 用于根据所述最优路径码率分配策略， 对所述信源编码码 流进行信道的码率分配。

10.根据权利要求 9所述的系统， 其特征在于， 所述启发式搜索算法是 A星 算法。

11.根据权利要求 10所述的系统，其特征在于， 所述 A星算法的评价函数/ 满足条件： |^{0≤ (7r)≤ (7r)}, 所述 π是指从所述有向无环图的初始节点 s到某

l (^) = (7r)≥0

一节点 n之间的完全路径码率分配策略， 所述 g (； r)为釆用所述 π分配信道编码 码率时重建图像失真的数学期望， 所述; r'为所述 π的一个子路径码率分配策略， 所述完全路径是指由所述节点 η生成的后续节点可用的传输速率为零的路径。

12.根据权利要求 11所述的系统， 其特征在于， 所述 Α星算法的评价函数/ k+M

为： /(π')= £>() 0) , 其中， 所述:^是最优路径码率分配策略，

⁷¹ ~ [C_₍₁₎"",C,. ,C

π [ ₍₁₎"."c j(k)- C_j(k+m)-C_j(k),m^\,...,M

M = B为所述系统在传输带宽限制下的最高传输速率， 为釆

用码率分配策略 π'时系统的传输速率， R_k ^s为所述系统第 k个数据分组的传输速 率， Ζ)(_Ζ·)为图像译码器将前 个数据分组译码后所得重构图像的失真， 为 前 个数据分组能正确译码， 而第 + 1个数据不能正确译码的概率， （^.为所述有 向 无 环 图 的 节 点 ， C ,〜,C 为 所 述 π' 路 径 上 的 节 点 ， ς_ι),...,ς^,ς. ,...,ς.ο为所述 路径上的节点。

13.根据权利要求 10所述的系统，其特征在于，所述分配策略获得模块包括： 初始化单元， 用于初始化存储队列， 其中， 所述存储队列包括多个数组， 每一数组内包括三个元素， 且分别为所述有向无环图中的待评估路径 ^π,·、 基于 所述率失真函数和所述评价函数抗误码能力的评价函数对所述待评估路径的评 估函数值 以及所述路径最后到达的节点 "(^π'·)；

存储队列判断单元， 用于判断所述存储队列是否为空；

退出单元， 用于在所述存储队列为空时， 失败退出；

选择单元， 用于在所述存储队列不为空时， 选择所述存储队列中的第一个 数组； 完全路径判断单元， 用于判断所述第一个数组中的待评估路径是否是完全 路径， 所述完全路径是指由所述节点 n生成的后续节点可用的传输速率为零的 路径；

输出单元， 用于在所述第一个数组中的路径是完全路径时， 输出所述第一 个数组中的路径， 所述第一个数组中的路径即为信源编码码流的信道的最优路 径码率分配策略；

扩展单元， 用于在所述第一个数组中的路径不是完全路径时， 通过所述生 成算子将所述节点 "( 进行扩展获得后续节点；

计算单元， 用于计算各个所述后续节点的评价函数值；

移动单元， 用于将所述评价函数值最小的节点移动至所述存储队列的最前 面；

节点重合判断单元， 用于判断所述扩展获得的后续节点与所述存储队列中 已有的数组的节点是否有重合；

删除单元， 用于在有重合时， 删除两个所述重合节点中评价函数值较大的 数组， 并返回存储队列判断单元。

14.根据权利要求 13所述的系统， 其特征在于， 所述分配策略获得模块还包 括：

设置单元， 用于所述设置单元用于对所述 A星算法中的存储队列设置存储 阔值；

存储阔值判断单元， 用于判断所述存储队列中的元素个数是否达到所述存 储阔值；

搜索过程结束单元， 用于在所述存储队列中的元素个数达到所述存储阔值 时， 结束所述 A星算法的搜索过程；

所述输出单元还用于输出所述信源编码码流的信道的局部最优路径码率分 配策略， 所述局部最优路径码率分配策略为结束所述 A星算法的搜索过程时， 所述存储队列的第一位元素的路径。

15.根据权利要求 9至 14任一项所述的系统，其特征在于，所述系统还包括： 第二集合获得模块， 用于按照当前数据分组的节点的信道编码码率小于等 于所述当前数据分组的节点的后续节点的信道编码码率的要求， 对所述有向无 环图进行剪枝， 获得所述候选码率分配策略的第二集合， 其中， 所述候选码率 分配策略的第二集合是所述候选码率分配策略的第一集合的子集；

所述分配策略获得模块还用于通过启发式搜索算法， 从所述候选码率分配 策略的第二集合中获得信源编码码流的信道的最优路径码率分配策略。

16.根据权利要求 9至 14任一项所述的系统， 其特征在于， 所述嵌入式信源 编码的率失真函数的模型是 D ^ R + ay + b , 其中， 所述 R为信源编码速率， D 为信源以速率 R编码时的失真， a、 b、 c为三个参数。

17.—种远程图像传输系统， 其特征在于， 所述系统包括：

信源编码模块， 用于对待传输图像进行嵌入式信源编码， 获得信源编码码 流;

分组模块， 用于按照信源编码码流重要性的不同， 对信源编码码流进行分 组 , 并在各组信源编码码流的末端加入校验码；

信道码率分配模块， 用于为各组信源编码码流进行信道码率分配； 信道编码模块， 用于按照被分配的信道码率对所述各组信源编码码流进行 信道编码；

调制发送模块， 用于将经过信道编码的信源编码码流进行调制发送； 其中， 所述信道码率分配模块包括：

构建单元， 用于根据经信源编码产生的数据分组以及信道编码码率集合构 建一个有向无环图， 其中所述有向无环图包括初始节点以及由生成算子构建而 成的多层后续节点， 所述生成算子以所述信道编码码率集合中的信道编码码率 作为连接所述初始节点与相邻层中的所述后续节点或者不同相邻层中的所述后 续节点的连接弧， 进而形成通过所述生成算子延续的多个候选码率分配策略的 第一集合；

分配策略获得单元， 用于根据嵌入式信源编码的率失真函数以及所述信道 编码码率集合中各信道编码的抗误码能力， 通过启发式搜索算法， 从所述候选 码率分配策略的第一集合中获得信源编码码流的信道的最优码率分配策略； 码率分配单元， 用于根据所述最优路径码率分配策略， 对所述信源编码码 流进行信道的码率分配。

18.—种信道的码率分配装置， 其特征在于， 所述装置包括连接在总线的存 储器和处理器；

所述存储器存储有程序， 所述处理器用于执行所述程序， 所述程序执行时 包括如下步骤：

根据经信源编码产生的数据分组以及信道编码码率集合构建一个有向无环 图， 其中所述有向无环图包括初始节点以及由生成算子构建而成的多层后续节 点， 所述生成算子以所述信道编码码率集合中的信道编码码率作为连接所述初 始节点与相邻层中的所述后续节点或者不同相邻层中的所述后续节点的连接弧, 进而形成通过所述生成算子延续的多个候选码率分配策略的第一集合；

根据嵌入式信源编码的率失真函数以及所述信道编码码率集合中各信道编 码的抗误码能力， 通过启发式搜索算法， 从所述候选码率分配策略的第一集合 中获得信源编码码流的信道的最优码率分配策略；

根据所述最优路径码率分配策略， 对所述信源编码码流进行信道的码率分 配。